风起汉江，弄潮丹江口。

　　10月12日19时，当水浪再次拍打丹江口水库右岸170米水位线，“双胜利”的捷报又一次传来。

　　时隔2年，丹江口水库再次取得汉江秋汛防御与汛后水库满蓄“双胜利”。在水利部、长江委的坚强领导下，首次运用的数字孪生丹江口工程，充分发挥预报、预警、预演、预案“四预”功能，于数字赋能中确保南水北调中线水源工程安全、供水安全、水质安全。

　　从我国最早建设的大型水利枢纽工程，到国内规模和难度最大的大坝加高工程，丹江口工程屡次以弄潮儿的姿态，在我国水利事业发展进程中留下自己的姓名。迈步智慧水利新阶段，丹江口工程再开先河，率先牵手数字孪生技术试水大型水库满蓄运用，在水利高质量发展的征途上继续求索向前。

　　数字赋能 对话未来

　　数字技术，对话未来的语言。

　　距离丹江口大坝1公里处，南水北调中线水源有限责任公司（以下简称中线水源公司）调度指挥大厅装备先进，技术人员正有条不紊地操作着数字孪生丹江口工程系统。

　　有别于2021年丹江口水库首次实现满蓄时的“人防”场面，“技防”成为此次满蓄战的关键词。

　　“不论是工作状态还是心态，此次满蓄跟2021年相比，感觉都很不一样。”中线水源公司技术发展部主任李全宏直言。

　　2021年，丹江口水库首次实现满蓄目标，为了应对新情况带来的“未知数”和潜在风险，李全宏和同事们异常忙碌。尽管监测与巡查持续加密，人员加班加点，但面对多变的水雨情、复杂的工况、广阔的库区及首轮满蓄高水位对污染物入库、地质滑坡等带来的未知考验，李全宏说：“没有人能完全把心放下。”

　　两年后，得益于数字孪生丹江口工程的技术加持，满蓄确保“三个安全”的紧张工作已逐渐变成日常工作，大家伙的内心也更有底了。

　　电脑前，轻点鼠标，水库满蓄各项关键数值和实时画面跃然屏上。一分钟内，工作人员便能完成一项关于水库170米蓄水大坝安全的数字演算，预判演进过程，提出多种处置方案，指导一线决策。

　　“在过去，大坝安全性态演算需要我们团队耗时数月完成海量计算，基于分析结论的处置耗时费力，存在事后处置的局限。”数字孪生丹江口工程大坝安全有限元结构分析模型技术负责人颉志强长期从事大坝安全性态演算工作，对比水库首次满蓄时自己的工作状态，直言“技术改变未来”。

　　不仅在确保工程安全领域功能强大，数字孪生丹江口工程在确保供水安全、水质安全等领域亦发挥重要作用。

　　工作人员现场模拟了高水位下若突发水污染，新系统如何发挥作用：随机输入丹江口库区某入库支流站点污染物浓度数值，系统通过水质输移扩散模型，快速推演出该污染物未来七天输移扩散路径、在不同水域及水深的含量、对陶岔渠首输水影响等重要结论，及时发出预警并提供指导性预案。

　　“过去，若库区突发水污染，监测人员不分昼夜开展连续性、多断面采样。但由于库区面积广阔且水域流场复杂，水质采样、送检耗时耗力，对于未来水质污染扩散情况仅能通过多次、实时监测及长期经验辅助判断。” 数字孪生丹江口工程水质安全模块现场负责人靖争直言，离开数字赋能，对水质污染输移扩散情况开展精准预判几乎是不可能的。 

　　今年是丹江口水库第二次满蓄，水位抬升过程中，丹江口库区岸线亦经历了一轮再造。

　　得益于数字孪生丹江口工程，工作人员只需输入相应边界数值，系统便能快速推演地质灾害演进过程。“地灾会否发生、何时发生、如何发生以及对周围建筑、道路有何影响等问题都能得到预判解答。有别于以往通过广泛巡查发现问题，现在则能通过数字孪生系统的预判，直捣问题、高效处置。”数字孪生丹江口工程库区安全地灾模块技术负责人韩旭说。

　　将“未知”变成“预知”，通过对大坝性态、库岸稳定、水质状况进行同步跟踪与动态推演，数字孪生丹江口工程成功为大国重器装上“智慧大脑”。

　　自主研发 “丹”心寄北

　　数字孪生丹江口工程为何能实现“四预”功能？它的研发又走过了怎样的攻坚之路？

　　在数字孪生丹江口工程集中办公点，技术团队给出了答案。通过持续自主研发，团队在深度分析丹江口水库特性的基础上，立足确保南水北调中线水源工程“三个安全”总目标，在水利、计算机、环境等领域实现多学科深度融合。

　　“相较于国内其他数字孪生水利技术，我们在构建有限元结构仿真分析模型、水质污染输移扩散模型及滑坡仿真预演模型等方面走在了全国前列，攻克了行业难点”，数字孪生丹江口工程总负责人张力介绍。 

　　为何要在这些方面实现技术突围？丹江口水库自身特性及其重要地位是关键因素之一。

　　今日的丹江口大坝由老坝体加高后建成，在几十年前修建的混凝土坝体上贴坡加厚、加高已是技术天堑，在水库高水位运行时持续确保新老坝体衔接处工程安全挑战更是巨大。

　　作为国内首家将有限元技术在数字孪生水利系统中运用的项目，数字孪生丹江口工程通过构建有限元结构仿真分析模型，在数字世界将坝体解构为210余万个有限元单元，借助物理机制驱动、实测数据修正的全新计算模型，达到精准掌握、预判大坝在各种温度、水位等条件下各位置安全性态的目的，新老坝体结合部位安全情况及预判也尽在掌握之中。

　　此外，身为南水北调中线工程水源地，丹江口水库水质牵一发而动全身。但由于水库水深大、水质分层特征明显，国内常规水质模型不能完全满足水库水质安全保障需求。团队首次将二、三维水动力水质模型与数字孪生水利系统有机结合，精准分析污染物入库后在不同水域、水深的扩散路径，对确保丹江口水库水质安全意义重大。

　　而在实现地质灾害实时预演方面，数字孪生丹江口工程亦迈出跨越式一步。通过构建滑坡仿真三维预演模型，可在线模拟分析滑坡在不同工况下的稳定状态和变形演化趋势，从而对滑坡体变形全过程进行精准预判。

　　“一代代长江人为一泓清水永续北上付出了巨大努力，我们会像上一代干好工程建设一样，干好数字孪生。”数字孪生丹江口工程技术人员表示。

　　双重意义 携手向前

　　“本次满蓄既是充分测试、全面发挥数字孪生丹江口工程的重要契机，亦为全面检验、系统校正、不断完善系统工程提供了实战窗口。”在中线水源公司总经理马水山看来，此次满蓄考验对数字孪生丹江口工程具有双重意义。

　　作为数字孪生丹江口工程牵头建设单位，中线水源公司始终在思考，如何结合自身实际，在系统研发中充分践行“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”总要求，又如何实现数字孪生工程与数字孪生流域、数字孪生水网建设的有机链接。

　　“在此次满蓄过程中，我们接入了长江委数字孪生汉江流域水文预报成果，实现了流域与工程互馈。”李全宏介绍。不仅如此，公司亦积极与南水北调集团开展深度技术交流探讨，共享数字孪生水利研发成果，助力数字孪生水网建设。

　　“通过本次实战演练，我们对系统进行了深入检视。未来，团队将进一步充实数据底板、优化参数选取、开展模型率定，修正数字模型，让系统预警、预案功能更加丰富、更加贴近实际业务需求，推动数字孪生丹江口工程不断迭代升级。”张力表示。

　　新技术的研发与成功运用，从来不是一件容易的事。面对智慧水利提出的新挑战，数字孪生丹江口工程建设者们自科技创新蓄力，用攻坚精神作答，在数字赋能中托举丹江口工程再弄潮！

　　来源：中国水利网站 2023年10月16日